Question

(16分)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上常用CO和H₂反应生产CH₃OH，并开发出甲醇燃料电池。

（1）已知：CO(g)+1/2O₂(g)＝CO₂(g)      △H＝－283.0 kJ·mol^-1

2CH₃OH(l)+3O₂(g)＝2CO₂(g)+4H₂O(l)    △H＝－1453.0 kJ·mol^-1

则CH₃OH(l)不完全燃烧生成CO(g)和H₂O(l)的热化学方程式为                     。

（2）工业上常利用反应CO(g)＋2H₂(g)≒CH₃OH(g)   △H<0合成甲醇，在230℃～270℃最为有利。为研究合成气最合适的起始组成比，分别在230℃、250℃和270℃进行实验，结果如图。

图11

230℃的实验结果所对应的曲线是       （填字母）； 该温度下工业生产适宜采用的合成气组成n(H₂):n(CO) 的比值范围是         （填字母） 。

A．1～1.5        B．2.5～3       C．3.5～4.5

（3）制甲醇所需要的氢气，可用下列反应制取：H₂O(g)+CO(g)H₂(g)+CO₂(g) △H＜0，某温度下该反应的平衡常数K=1。试回答下列问题：

①该温度下，若起始时c(CO)=1 mol·L^-1，c(H₂O)=2 mol·L^-1，反应进行一段时间后，测得H₂的浓度为0.5 mol·L^-1，则此时该反应v(正)        v(逆)（填“>”、“<”或“=”）。

②若降低温度，该反应的K值将        （填“增大”、“减      小”或“不变”）。

（4）某实验小组设计了如图所示的甲醇燃料电池装置。

①该电池工作时，OH^－向      极移动（填“a”或“b”）。

②工作一段时间后，测得溶液的pH减小，该电池负极反应式为                         ， 电池总反应的离子方程式为                     。

Answer

（1）CH3OH(l)+O2(g)=CO(g)+2H2O(l)  △H =－443.5kJ·mol-1

（2）X  ；  B   （3）① >   ②  增大 

（4）① b    ② CH3OH - 6e-+ 8OH－=CO32－ + 6H2O

 2CH3OH + 3O2 + 4OH－=2CO32－ + 6H2O

【解析】（1）考查盖斯定律的应用。根据反应①CO(g)+1/2O2(g)＝CO2(g)和反应②2CH3OH(l)+3O2(g)＝2CO2(g)+4H2O(l)可知，②－①×2即得到2CH3OH(l)+2O2(g)=2CO(g)+4H2O(l)，所以反应热是－1453.0kJ/mol＋283.0 kJ/mol×2＝－887 kJ/mol。

（2）因为反应是放热反应，所以温度越高，转化率越低。因此根据图像可判断曲线X表示的是230℃。同样根据图像可判断，n(H2):n(CO) 的比值范围在2.5～3时，转化率最高，所以答案选B。

（3）①根据方程式可知当氢气浓度是0.5mol/L时，生成物CO2的浓度也是0.5mol/L。消耗水蒸气和CO的浓度都是0.5mol/L，则剩余水蒸气和CO的浓度分别是0.5mol/L和1.5mol/L。此时＜1，所以反应向正反应方向移动，即正反应速率大于逆反应速率。

②正反应是放热反应，降低温度，平衡向正反应方向移动，平衡常数增大。

（4）原电池中负极失去电子，发生氧化反应。电子经导线传递到正极，所以溶液中的阳离子向正极移动，阴离子向负极移动。正极得到电子，发生还原反应。在该燃料电池中，正极通入氧气，负极通入甲醇，所以a是正极，b是负极。电解质是碱性溶液，所以负极电极反应式为CH3OH - 6e-+ 8OH－=CO32－ + 6H2O，电池总反应式为2CH3OH + 3O2 + 4OH－=2CO32－ + 6H2O。